Биология

[viktor]

Общение на биологические темы

[viktor]

Ученые раскрыли универсальный закон движения хромосом.
Международная группа исследователей из Сколтеха, Потсдамского университета и MIT разрешила давнюю биологическую загадку, обнаружив фундаментальный физический закон, управляющий движением хромосом в клеточном ядре.

Эксперименты показывали противоречие: хромосомы плотно упакованы в неподвижные «фрактальные глобулы», но при этом их участки активно движутся, что необходимо для регуляции генов. Ученые не понимали, как совместить эти свойства.

Команда под руководством Кирилла Половникова (Сколтех) разработала статистическую физическую модель, доказавшую:

Коллективное движение ДНК подчиняется универсальному закону: смещение гена как целого обратно пропорционально длине его нуклеотидной последовательности.
Этот закон фундаментально связан с третьим законом Ньютона и действует как в равновесии, так и при активных клеточных процессах.
Парадокс разрешается: хотя хромосома — плотный клубок, короткие сегменты ДНК временно подвижны, пока не «упираются» в топологические ограничения своей структуры.
Ключевые достижения:

Экспериментальное подтверждение: Наблюдая за двумя точками на хромосоме, ученые выделили сигнал коллективного движения. Его параметр (0.77) подтвердил модель «фрактального полимера с ограничениями» (где нити ДНК не могут проходить сквозь друг друга).
Предсказание эффектов: Модель предсказывает возникновение дальних корреляций между сегментами ДНК при резких изменениях условий (например, перед делением клетки), что подтверждено расчетами и является маркером выхода системы из равновесия.
Практическое значение: Теперь, отслеживая всего две точки на гене, можно изучать его коллективную динамику и сложную 3D-структуру, углубляя понимание работы генома и универсальных законов полимеров вне равновесия.
Важность открытия:
Работа, опубликованная в Physical Review Research (при поддержке РФФИ и Фонда Гумбольдта), не только решает конкретную биологическую проблему, но и устанавливает новый фундаментальный принцип физики полимеров, применимый в биофизике и материаловедении.

[yriy-admin]

Учёные из Университета Миннесоты заявили о создании первой, по их утверждению, синтетической клетки, способной пройти полный жизненный цикл. Искусственная система получила название SpudCell. Она может расти, получать необходимые ресурсы, копировать ДНК, делиться и передавать генетическую информацию следующим поколениям.

Эта работа стала заметным шагом к созданию живых систем из полностью неживых химических компонентов. Если в прежних экспериментах по синтетической биологии исследователям удавалось воспроизвести только отдельные клеточные функции, то SpudCell сочетает сразу несколько базовых свойств, характерных для живых организмов, в одной искусственной конструкции.

Проектом руководили доценты Университета Миннесоты Кейт Адамала и Аарон Энгельхарт. Как объясняют авторы, их задача заключалась в том, чтобы показать: ключевые процессы живой клетки можно воссоздать исключительно химическими средствами, без привлечения природных организмов.

По мнению исследователей, в перспективе такие синтетические клетки могут использоваться для производства лекарств, новых материалов, топлива и других веществ, которые сложно или невозможно получать традиционными промышленными способами.

В основе SpudCell лежат липосомы — крошечные сферические пузырьки с водной средой внутри и жировой мембраной снаружи. В них помещена синтетическая ДНК с инструкциями для выполнения основных клеточных функций. Чтобы получать необходимые ресурсы, искусственные клетки сливаются с более мелкими «питательными» липосомами. Те содержат молекулы, ферменты и рибосомы, нужные для синтеза белков.

По мере роста SpudCell копирует свой геном, а затем начинает делиться. Однако механизм деления отличается от того, что используют природные клетки. Вместо внутреннего цитоскелета система задействует специальные белки, которые постепенно накапливаются на мембране. Это создаёт механическое напряжение, и в итоге клетка разделяется на две дочерние.

Исследователям также удалось показать работу естественного отбора в синтетической системе. После внесения генетической модификации, усиливающей производство одного из белков, изменённые клетки стали расти быстрее и давать больше потомства. Уже через пять поколений они почти полностью вытеснили исходные клетки. При нехватке питательных веществ их преимущество проявлялось ещё сильнее.

Кейт Адамала назвала этот проект самым захватывающим в своей научной карьере. По её словам, команда смогла химическими методами воспроизвести процессы, которые раньше считались исключительно биологическими. Исследовательница считает, что результаты работы подтверждают: такие фундаментальные признаки жизни, как рост и размножение, не требуют наличия какой-либо «таинственной жизненной силы».

Геном SpudCell состоит всего из 90 тысяч пар оснований. Это значительно меньше минимального размера генома, который ранее многие биологи считали необходимым для существования живой клетки. При этом генетическая информация размещена не в одной хромосоме, а распределена между семью ДНК-плазмидами. Такой подход позволяет отдельно программировать разные функции клетки.

Авторы полагают, что будущие версии SpudCell могут стать универсальной платформой для биоинженерии. Вместо того чтобы модифицировать уже существующие бактерии или дрожжи, учёные смогут проектировать синтетические клетки с нуля — под конкретные медицинские, промышленные или исследовательские задачи.

Для развития этого направления Кейт Адамала вместе с коллегами создала некоммерческую исследовательскую организацию Biotic. Её цель — разработка общих стандартов и инфраструктуры для инженерии синтетических клеток.

При этом исследователи подчёркивают, что нынешний результат — только первый этап. До практического применения технологии ещё далеко. Будущим поколениям синтетических клеток предстоит получить более устойчивый геном, дополнительные молекулярные механизмы и единые методы проектирования. Только после этого такие системы смогут выйти за пределы лабораторных экспериментов.

[Автор]

Записи